Solarzellen mit zwei stromerzeugenden Halbleitern können einen höheren Wirkungsgrad erreichen als herkömmliche Einfachsolarzellen. Je nach Materialzusammensetzung können sie zudem leichter und flexibler sein. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) will die Tandem-Solartechnologie nun schneller in den Markt bringen. Zu diesem Zweck haben die Forscherinnen und Forscher zwei neue leistungsfähige Beschichtungsanlagen in Betrieb genommen. Die dort hergestellten Tandemsolarzellen bestehen aus einer Perowskit-Solarzelle, die mit verschiedenen anderen Solarzellentypen kombiniert werden kann. In den Anlagen werden unter hochreinen Bedingungen die verschiedenen Schichten der Solarzellen aufgebracht. Unternehmen aus der Photovoltaik-Industrie können hier ihre Entwicklungen im Bereich der Tandemsolarzellen optimieren.

Tandem-Solartechnologie: Die nächste Generation der Photovoltaik

Bei der Tandem-Solartechnologie wandelt die obere Solarzelle das Licht im sichtbaren Teil des Sonnenspektrums in Strom um, die darunterliegende das Licht im infrarotnahen Spektrum. Durch die Kombination weisen die Tandemsolarzellen einen höheren möglichen Wirkungsgrad auf. Dieser sollte in den kommenden Jahren deutlich über die 30-Prozent-Marke steigen. Mittlerweile stehen mehrere Varianten von Tandemzellen zur Verfügung.

Besonders interessant sind Tandemsolarzellen mit sogenannten Perowskit-Schichten als lichtabsorbierendem Material. Perowskite sind Materialien, die die gleiche Kristallstruktur aufweisen wie das gleichnamige natürliche Mineral. Einige Verbindungen dieser Materialklasse zeigen hervorragende optische und elektronische Eigenschaften. Sie sind reichlich und kostengünstig auf der Erde verfügbar. Als zweite absorbierende Schicht setzen die Forscherinnen und Forscher des ZSW auf Zellen aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS), aus Silizium oder erneut Perowskit, aber mit angepasstem spektralem Empfindlichkeitsbereich. Die Kombination der verschiedenen Zelltypen – Perowskit-CIGS, Perowskit-Silizium oder Perowskit-Perowskit – bietet eine aussichtsreiche Möglichkeit, den Wirkungsgrad weiter deutlich zu steigern.

Im Fall von Tandemsolarzellen mit dem Duo Perowskit-Perowskit oder Perowskit-CIGS gibt es neben der hohen Effizienz weitere Vorteile. Als Dünnschichttechnologie kann man die PV-Module auch auf Kunststoff- oder Stahlfolien herstellen und sind dann leichtgewichtig und flexibel. Dadurch eignen sie sich hervorragend für Anwendungen über Obstplantagen, im Fahrzeugdach oder in der gebäudeintegrierten Photovoltaik.

Forschungsanlagen in Betrieb genommen

Um die Entwicklung auf dem Weg zur Marktreife voranzutreiben, hat das ZSW nun zwei Anlagen für die Tandem-Solartechnologie in Betrieb genommen. Eine zur Herstellung von Perowskit-Dünnschichtsolarzellen und eine für CIGS-Dünnschichtsolarzellen. Tandemsolarzellen mit Siliziumhalbleiter können die Forscher:innen auf verschiedenen Siliziumzellen externer Partner herstellen.

„Im Institut bestehen nun hervorragende Bedingungen für die Entwicklung von Tandemsolarzellen, insbesondere was die Prozesstechnik für die Herstellung von Solarzellen im Vakuum unter hochreinen Laborbedingungen betrifft. Damit wollen wir die physikalischen Grenzen der Technologie ausloten“, sagt Jan-Philipp Becker, Leiter des ZSW-Fachgebiets Photovoltaik-Materialforschung. Dabei helfen auch die bereits vorhandenen, umfangreichen Möglichkeiten zur Materialanalytik. Die hergestellten Solarzellen und -module können nach der Fertigung umfassend analysiert und im eigenen Testlabor Solab sowie im Freifeld auf ihre Langzeitstabilität getestet werden. Mit den neuen Anlagen sollen innovative Prozesse für die Photovoltaik-Industrie weiterentwickelt werden. Somit hofft man, effizientere und kostengünstigere PV-Module auf den Markt bringen zu können.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) hat die beiden Anlagen für die Tandem-Solartechnologie im Rahmen der Projekte „CAPITANO“ und „CIGS-Cluster“ gefördert.

20.4.2022 | Quelle: ZSW | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH